一种兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料及其制备方法，将

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储能块体材料
，特别涉及一种兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着世界经济和人类社会的飞速发展，人们对能源的需求与日俱增
。
特别对电能及其存储设备的标准和要求不断提高
。
电介质电容器因其超高的功率密度和超快的充放电能力，适用于高功率密度的领域，诸如医疗
、
国防和空间技术等
。
在众多电介质电容器中，块体材料电容器具有中等的击穿场强
(BDS)、
较低的介电损耗
(tan
δ
)
，优良的温度稳定性和抗疲劳特性，能更好地满足航空航天
、
石油钻井
、
电磁波脉冲武器等领域对储能材料的需求
。
目前，块体材料电容器普遍存在储能密度较小
、
储能效率不高的问题，开发同时具有高储能密度和高储能效率的新型块体材料电容器具有重要的应用价值
。
[0003]根据种类划分，储能块体材料电容器分为线性电介质
、
铁电体
、
驰豫铁电体
、
反铁电体
。
常见的储能块体材料包括
BaTiO3基
(BT
基
)、(Bi
0.5
Na
0.5
)TiO3基
(NBT
基
)、(K
0.5
Na
0.5
)NbO3基
(KNN
基
)
和
AgNbO3基
(AN
基
)
等
。
有一些研究已经提供了放电储能密度高和储能效率高的储能块体材料
。
例如，专利
CN 107935589 A
公开了一种微量二氧化锆添加
ST
‑
NBT
储能陶瓷及其制备方法，所述陶瓷的放电储能密度达到
2.84J/cm3，储能效率达到
71.5
％；专利
CN 107759217 A
公开了一种高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料及制备方法，所述材料放电储能密度达到
1.73J/cm3，储能效率达到
90.1
％；专利
CN 107244912 A
公开了一种新型
BCZT
基储能陶瓷材料及其制备方法和应用，所述材料放电储能密度达到
0.66J/cm3，储能效率达到
88.1
％；专利
CN 107459347A
公开了一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料及其制备方法，所述材料放电储能密度达到
1.98J/cm3，储能效率达到
90
％；专利
CN 106478097 A
公开了铌酸银基无铅反铁电储能陶瓷及其制备方法，所述陶瓷的放电储能密度达到
2.5J/cm3，储能效率达到
57.2
％
。
[0004]在这些块体材料电容器中，弛豫铁电体具有“纤细”的电滞回线
、
较高的介电温度稳定性，在储能领域占有巨大优势
。
但是，这些材料的储能密度和储能效率仍有提升空间
。
研究表明，在不明显地降低介电常数的前提下，使用添加剂是有效的方法，可通过增加击穿强度从而提高储能密度
。
[0005]然而，使用何种添加剂
、
添加剂的配比和添加剂的引入对于材料微观形态的影响，这些因素是极其重要的，直接影响了弛豫铁电体储能块体材料的性能
。
因此，提供一种简单有效地使用添加剂制备兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料的制备方法是很重要的
。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种兼具高储能密度和高储能
效率的弛豫铁电块体材料及其制备方法，本专利技术通过调节添加剂的配比，制备的弛豫铁电块体材料的储能密度和储能效率优异，充电储能密度为
1.91
～
3.22J/cm3，放电储能密度为
1.69
～
3.17J/cm3，储能效率在
81.8
～
98.4
％；此外，本专利技术的制备方法还具有环保污染小和实用性高的特点
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：
[0008]一种兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料的制备方法，所述方法包括：
[0009]将
NaNbO3干凝胶粉
、
不同粒径的
Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体和添加剂混合处理得到混合粉体；
[0010]将所述混合粉体制成生坯后煅烧，制得兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料
。
[0011]进一步地，所述不同粒径的
Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体为
80nm
和
200nm
；
[0012]所述
NaNbO3干凝胶粉
、80nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体
、200nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体和添加剂的质量比为
0.06
～
0.10
：1：1：
1。
[0013]进一步地，所述添加剂为
BiFeO3、Na
0.5
Bi
0.5
TiO3或
(BiFeO3)
0.5
(Na
0.5
Bi
0.5
TiO3)
0.5
中的至少一种
。
[0014]进一步地，所述添加剂为
BiFeO3和
Na
0.5
Bi
0.5
TiO3，质量比为1：
1。
[0015]进一步地，所述
BiFeO3的制备方法为：
[0016]按化学计量比称取
Bi2O3和
Fe2O3，混合
、
球磨
、
烘干和煅烧后，得到
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将
NaNbO3干凝胶粉
、
不同粒径的
Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体和添加剂混合处理得到混合粉体；将所述混合粉体制成生坯后煅烧，制得兼具高储能密度和高储能效率的弛豫铁电块体材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述不同粒径的
Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体为
80nm
和
200nm
；所述
NaNbO3干凝胶粉
、80nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体
、200nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体和添加剂的质量比为
0.06
～
0.10
：1：1：
1。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂为
BiFeO3、Na
0.5
Bi
0.5
TiO3或
(BiFeO3)
0.5
(Na
0.5
Bi
0.5
TiO3)
0.5
中的至少一种
。4.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂为
BiFeO3和
Na
0.5
Bi
0.5
TiO3，质量比为1：
1。5.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述
BiFeO3的制备方法为：按化学计量比称取
Bi2O3和
Fe2O3，混合
、
球磨
、
烘干和煅烧后，得到
BiFeO3；所述
Na
0.5
Bi
0.5
TiO3的制备方法为：按化学计量比称取
Na2CO3、Bi2O3和
TiO2，混合
、
球磨
、
烘干和煅烧后，得到
Na
0.5
Bi
0.5
TiO3；所述
(BiFeO3)
0.5
(Na
0.5
Bi
0.5
TiO3)
0.5
的制备方法为：按化学计量比称取
Bi2O3、Fe2O3、Na2CO3和
TiO2，混合
、
球磨
、
烘干和煅烧后，得到
(BiFeO3)
0.5
(Na
0.5
Bi
0.5
TiO3)
0.5
。6.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述
NaNbO3干凝胶粉的制备方法为：按化学计量比称取水溶性铌盐和水溶性钠盐，将水溶性铌盐与水混和配制铌盐水溶液，将所述水溶性钠盐加入到所述铌盐水溶液中，调节
pH
后升温反应，得到
NaNbO3凝胶；蒸干凝胶水分，得到
NaNbO3干凝胶粉；其中，由水溶性铌盐确定水溶性钠盐的用量，且每
0.008
～
0.015mol
水溶性铌盐与
40
～
60mL
水混合；所述调节
pH
为用氨水将
pH
调至
6.5
～
8.0。7.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
80nm
和
200nm
的纳米
Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体的制备方法分别为：按化学计量比称取
70nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3，加入到
NaNbO3凝胶中，升温搅拌反应后将混合物煅烧，制得
80nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体；按化学计量比称取
190nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3，加入到
NaNbO3凝胶中，升温搅拌反应后将混合物煅烧，制得
200nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3@NaNbO3粉体
。8.
根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
70nm
和
190nm Ba
0.7
Sr
0.3
Zr
0.2
Ti
0.8
O3的制备方法分别为：按化学计量比称取钡盐
、
锶盐
、
锆盐和钛盐，将所述钡盐
、
锶盐
、
锆盐和钛盐混合，加入
16mol/L
的氢氧化钠水溶液，后升温搅拌反应，静置
、
洗涤
、
过滤收...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳权，蔡克，宋恩鹏，樊治海，刘钊，赵冰，陈奋华，薛凯，张秋芳，
申请(专利权)人：中国石油集团工程材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：